DOUS PESOS PESADOS DA CIENCIA: DE GALILEO A EINSTEIN (2ª PARTE)

E da electricidade e o magnetismo fíxose a luz

Os físicos de mediados do século XIX estaban máis interesados nos fenómenos eléctricos que nos mecánicos. E tiñan tarefa. As ramas da física antigamente coñecidas como electricidade (o estudo das cargas eléctricas), galvanismo (o das correntes) e magnetismo (o dos imáns naturais) parecían non ser estancas.

Algúns fenómenos galvánicos producían efectos magnéticos, e viceversa. Ademais, xa existían indicios claros de que as correntes debíanse a cargas en movemento. Con todo, as explicacións destes fenómenos non eran do todo satisfactorias. Resultaban un tanto artificiais e ad hoc… ata que apareceu Maxwell.

Maxwell puxo a última peza, a guinda do pastel se o prefiren, que fixo que todo o que se sabía sobre electricidade, galvanismo e magnetismo encaixase coma se dun quebracabezas tratásese. Esta última peza foi un concepto relativamente técnico chamado «corrente de desprazamento», pero quedemos co importante: nacera o electromagnetismo, e todo iso cabía na elegante e compacta teoría de Maxwell.
Pero é que, ademais, o recentemente nado trouxo un pan debaixo do brazo: a teoría de Maxwell predicía a existencia dunha onda composta por un campo eléctrico e outro magnético, e tamén detallaba a súa velocidade. Esta velocidade resultaba ser a velocidade da luz. Todo indicaba, como pronto se demostrou, que a luz é un fenómeno de orixe electromagnética.

Os seis primeiros diagramas físicos desde a Revolución científica dos séculos XVI e XVII.

A luz móvese... raro

Como se fixo antes coas ecuacións de Newton, os sabios da época apresuráronse a ver que pasaba coas ecuacións de Maxwell cando as «mira» un observador inercial. A maneira de facer isto non era moi diferente a finais do século XIX de como o era en tempos de Newton ou Galileo. Era necesario «traducir», usando linguaxe matemática, o que ven ambos os observadores (en repouso e en movemento). Esta tradución facíase mediante as coñecidas como transformacións de Galileo, que consisten simplemente nunha suma da distancia relativa entre ambos os sistemas e un recálculo das coordenadas x, y, z.

E os resultados foron decepcionantes. As ecuacións de Maxwell cambian! Os fenómenos electromagnéticos parecen depender da velocidade do observador, e iso tería consecuencias inesperadas.

Vexamos unha delas: imaxinemos por exemplo que o barco de Galileo móvese moi, moi rápido. Poñamos, a un 90% da velocidade da luz. Acendemos unha lanterna dentro do barco, apuntando á proa. Segundo as ecuacións de Maxwell, pareceranos que a luz se move moito máis amodo, concretamente a un 10% da súa velocidade fose do barco. Isto permitiría calcular a velocidade do barco sen necesidade de mirar cara a fóra!

Isto introducía un problema adicional. Se a velocidade da luz que medimos depende da velocidade do observador, cal é a velocidade correcta?, respecto a que se move a luz que vemos?

Por sorte, no século XIX xa se podían deseñar experimentos suficientemente sensibles como para medir os efectos das nosas minúsculas velocidades cotiás sobre a velocidade da luz. O máis famoso deles foi o de Michelson e Morley. Utilizaron un interferómetro para medir os efectos da velocidade da Terra na súa órbita sobre a velocidade da luz. Os resultados foron concluíntes.

E desconcertantes.

A velocidade da luz rexistrada polo interferómetro non dependía en absoluto do movemento do observador. Era a mesma independentemente de como de rápido afastémonos ou nos acheguemos á súa fonte. Aínda máis raro, se tres observadores, un achegándose, outro afastándose e outro totalemente quieto medisen a velocidade da luz, os tres deberían medir exactamente a mesma!

As teoría de Maxwell predicía a existencia dunha onda composta por un campo eléctrico e outro magnético e detallaba a súa velocidade, que resultaba ser a da luz / Shutterstock

A solución ao enigma

Se nos permitimos xogar un pouco, podemos modificar as transformacións de Galileo para lograr unha nova na que as ecuacións de Maxwell (e como consecuencia, a velocidade da luz) sexan as mesmas para dous observadores inerciais.

O máis rechamante deste exercicio, hoxe coñecido como transformación de Lorentz, é que non queda máis remedio que ambos os observadores perciban o paso do tempo de forma diferente. Concretamente, o tempo pasará máis amodo para o observador en movemento (en comparación co observador en repouso), e con máis motivo máis rápido móvase. Outra consecuencia inesperada era que dous observadores diferentes poden medir dimensións diferentes para un mesmo obxecto, ou estar en desacordo sobre se dous fenómenos sucederon á vez ou non.

Alguén menos sagaz que Albert Einstein descartaría semellante resultado por disparatado. Con todo, estas transformacións e as súas alucinantes consecuencias demostraron ser correctas. Incluso os estraños efectos de dilatación do tempo medíronse de forma directa, por exemplo, en reloxos atómicos colocados en avións. O resultado: atrasábanse exactamente o predito pola teoría de Einstein.

Tamén en partículas viaxando a grandes velocidades nun acelerador: os seus tempos de desintegración alongábanse, unha vez máis, xusto o esperado. Un exemplo máis cotián sucede cando acendemos o GPS do coche, que utiliza transformacións de Hendrik Antoon Lorentz, e non de Galileo, para poder calcular a nosa posición. Con tal de que a velocidade da luz sexa constante para calquera observador inercial, o universo non ten inconveniente en alterar o paso do tempo.

E por exótico que pareza, non estariamos moi afastados da realidade. Parece ciencia ficción, porque todas as nosas velocidades cotiás, incluso as non tan cotiás como a velocidade dun avión ou un foguete, son minúsculas comparadas coa da luz.

Parece ciencia ficción, pero é ciencia de principios do século XX. Ben pensado, por que habería de ser máis intuitivo un tempo absoluto que unha velocidade da luz absoluta?

Fin!

FONTE: Pedro Rodríguez Sánchez e Álvaro Bayón/muyinteresante.com/ciencia